NR-U 與其他非授權頻譜共存的下行信道填充方法*

馮若富，強 靜

（上海諾基亞貝爾股份有限公司江蘇分公司，江蘇 南京 210037）

0 引言

為了應對快速增長的無線數據流量需求，同時對現有的授權頻段進行補充，關于非授權頻譜技術的研究已獲得了越來越多的關注。文獻[1]研究了基于5G 的非授權頻段，包括Sub6 和Above6 頻段，比如2.4 GHz、5 GHz、37 GHz 和60 GHz。文獻[2]和文獻[3]報告了6 GHz 和60 GHz 的非授權頻段在5G 接入技術工作項目中的情況。歐洲電信標準化協會（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）在文獻[4]和文獻[5]中定義了5 GHz 頻段（5.15～5.35 GHz 和5.47～5.725 GHz）和60 GHz 頻段（57～66 GHz）的5G 非授權頻譜技術規范。由于每個頻段的規范要求不同[6]，例如譜密度（Power Spectral Density，PSD）的限制或占用信道帶寬（Occupied Channel Bandwidth，OCB）的需求不同，可能需要針對特定頻段進行優化，以更好地支持非授權頻譜多種技術共存，比如5G 非授權頻譜和其他5G 非授權頻譜，如LTE LAA[7-8]、Wi-Fi[9]等。此外，不同地域也有一些針對性的規范要求，如國際電信聯盟（International Telecommunication Union，ITU）劃定的3 個區中，3 區中國和2 區美國雖然暫時沒有強制性定義OCB，但是1 區的ETSI 對OCB 做出了明確規定，分別對于5 GHz頻段[4]和60 GHz 頻段[5]定義了相應的無線電頻譜接入協調標準。然而，第三代合作伙伴計劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）規范[10]定義的下行物理層信道對于物理資源塊（Physical Resource Block，PRB）的分配方法對5G 非授權頻段進行下行信道頻域資源分配時，會因為不能填充占滿整個帶寬出現大量剩余的空白PRB，而遇到不滿足OCB 要求的問題。為了解決這方面的問題，本文基于現有的下行資源分配類型，介紹了如何在滿足最優能耗的條件下填充剩余空白的PRB，以符合OCB 要求。

1 OCB 規范要求問題

1.1 ETSI 關于OCB 的規范介紹

標稱信道帶寬（Nominal Channel Bandwidth，NCB）是單個通道內分配的最寬頻帶，包括保護頻帶[11]。OCB 是包含信號功率99%的帶寬。同授權頻譜一樣，5G 非授權頻譜技術同樣支持對載波無線資源進行切片管理，將整個載波帶寬分成若干個帶寬部分（Bandwidth Part，BWP）[12]，對于每個無線資源分片BWPi，對應有份PRB 資源。

ETSI 分別在5 GHz 和60 GHz 非授權頻段上關于非授權頻譜OCB 的主要規定如下：

（1）5 GHz 非授權頻段OCB 要求99%的發射功率應在NCB 的80%至100%之間[4]，分配給下行信道的資源塊總占用帶寬可以用資源塊的最低編號和最高編號算出來。當包含最低編號和最高編號的資源塊部分占用帶寬小于80%時，則需要使用偽數據進行填充，以保證實際分配的資源塊和偽數據占用信道帶寬超過80%，以滿足OCB 要求。對于非授權60 GHz 頻段[5]，信道占用帶寬應不小于NCB 的70%。同樣地，可利用偽數據填充來滿足OCB 要求。

（2）考慮到某些特殊場景，ETSI 允許在信道占用時間內短暫發射的最小帶寬BWmin=2 MHz[4]。然而，這個看似有點寬松的規定引入了另一個潛在的問題：其他5 GHz 非授權頻段可能在本站BWP 段誤發射最小為2 MHz 的頻譜，從而引起本站和其他發射站之間的沖突干擾。因此，為避免發生這個問題，留有空白的PRB 帶寬應小于最小帶寬BWmin。非授權60 GHz頻段目前沒有定義短暫允許最小發射帶寬。

為了確保5G 非授權技術能夠滿足OCB 的規范要求，在設計物理層信道時，必須充分考慮PRB 的使用情況，結合考慮可將整個載波帶寬分成若干個BWP，該問題轉變成在BWP 帶寬范圍內去滿足OCB 要求。

1.2 3GPP 關于下行頻域資源分配的協議規范

3GPP 協議[10]定義了兩種下行頻域資源分配類型：Type 0 和Type 1。分配類型Type 0 將多個連續的資源塊RB 捆綁到一個資源塊組（Resource Block Group，RBG）中，并利用這些RBG 來分配，僅適用于物理下行共享信道（Physical Downlink Shared Channel，PDSCH）。該方法將整個無線資源分片在頻域上劃分為若干個RBG，在這些RBG 上進行頻域分配。在頻域上如果PDSCH 不能充滿整個BWP，則存在未使用的PRB 數目的取值范圍是

按照文獻[10]可計算出未使用的資源塊總數為：

則總的未使用的資源塊組數為：

式中：P值由文獻[10]中的Table 5.1.2.2.1-1 查表得到，表示無線資源分片BWPi對應的公共頻率資源的起始PRB 編號。為避免其他5 GHz 非授權頻段在本站BWP 段發射最小為2 MHz 的頻譜，填充偽數據的兩個相鄰RBG 之間的距離應小于最小帶寬BWmin?；谶@個前提，可以計算出隔行填充的間隔Nfill。

對于下行物理信道，Type 0 僅用于PDSCH[13]。而對于同步信道和廣播信道，就必須用到分配類型Type 1。

分配類型Type 1 對無線資源分片BWPi以資源塊RB 為單位進行分配，使用資源指標值（Resource Indicator Value，RIV）來指示RB 的起始位置和RB的數目。這是一種基于連續PRB 資源塊的方法，頻域資源分配基于PRB 級別，顆粒度比Type 0 更細。同時，Type 1 也適合數據控制信道或共享信道在BWP 頻域上進行資源分配。

無論采用Type 0 還是Type 1 進行資源分配，由于其分配的連續性，可能出現因為不能充滿整個BWP，留有過多的空余PRB，而不能滿足非授權頻譜OCB 的問題。此時，簡單滿足OCB 要求，使用偽數據填充所有未使用的PRB 即可。但此方法不會給終端UE 帶來任何好處，并且會產生過多的能量浪費。因此，綜合考慮5G 非授權頻譜的特性，本文改進了未使用的PRB 的簡單填充方法，采用隔行填充方式，在滿足ETSI 的信道占用帶寬要求的基礎上，進一步降低電能消耗。

2 具體實現及結果分析

2.1 解決信道占用帶寬需求的方案

表1 的例子列出了當5G 非授權5 GHz 頻段選取典型的BWPi=20 MHz 時的各項計算值。為簡化計算，設BWPi的起始位置為PRB0。要滿足信道占用帶寬≥80%的標稱信道帶寬規定，則需要填充的PRB 跨越的寬度為51 PRB×80%=40.8 PRB，即填充的有效數據和偽數據占用41 個PRB 的寬度，本例中為PRB0 到PRB40 這段范圍。這意味著填充偽數據的最后一個RBG 只要包含PRB40 就能滿足OCB ≥80%的規定。

表1 解決方案實例（BWPi=20 MHz）

從表1 可以看出，有效數據按照3GPP 協議Type 0分配，1 個RBG 資源塊組包含P=4 個PRB，如表2中RBG 00～03 填充塊所示。取偽數據填充RBG 大小Pfill=P，根據式（4）得RBG 填充間隔Nfill為1，即每隔1 個RBG 進行RBG 偽數據填充（表2 橫線填充塊），能夠滿足5G 非授權頻譜的發射規范要求，此時相較于“使用偽數據填充所有未使用的PRB（表2 下斜線填充塊）”能夠節省一半的能量。如果減少偽數據填充RBG 中所包含的PRB 數量，能夠降低偽數據填充資源塊組的顆粒度，則可達到進一步節省能量的目的。改變填充間隔式（4）所對應的Pfill值，得到表2。

表2 不同Pfill 值對應的填充方案

從表2 可以看出，在填充偽數據時，當Pfill=4，每隔1 個PRB 填充1 次，每次填充4 個PRB；當Pfill=2，每隔2 個PRB 填充一次，每次填充2 個PRB（上斜線填充塊）；當Pfill=1 時，每隔5 個PRB 填充1 次，每次填充1 個PRB（豎線填充塊）。相比于表2 第2 列使用偽數據完全填充所有未使用PRB，能分別節能約50%，66.7%和83.3%，見表3。因此，在填充偽數據時，減小Pfill的值有助于進一步節約能源，選擇Pfill=1 是此方案的最優解，見表2 最后一列。此時，最后一個需要填充的偽數據包含了PRB40，滿足OCB ≥80%的要求。

表3 節能效果對比

對于非授權60 GHz 頻段，信道占用帶寬應不小于NCB 的70%[5]，目前沒有定義允許的最小發射帶寬，可以使用同樣的隔行填充偽數據的方法，在滿足信道占用帶寬規定的基礎上對未使用的PRB 進行填寫，同時達到節能的目的。

對于頻域資源分配類型Type 1，其本身的顆粒度就是PRB 級別，可以直接應用此節中描述的方法對空白的PRB 進行偽數據填充來滿足OCB 的要求。

2.2 其他解決信道占用帶寬需求的方案

除了上文描述的利用偽數據來填充未使用的PRB 的方法，對頻域資源進行分配時，還可以使用下面兩種方法：

（1）將未使用的PRB 直接使用已填充的有效PRB 數據進行多次復制填充，達到信道占用帶寬OCB 的要求。

（2）將上行信道中頻域資源隔行分配方法引入到下行信道中，使得攜帶有用信號的PRB 能夠跨越整個帶寬，以滿足信道占用帶寬OCB 的要求。

上述兩種方法雖然能滿足OCB 的要求，但是由于沒有3GPP 官方協議支持，且會極大地增加基站和終端編解碼協議的復雜度，不能給終端UE 帶來任何增益，且因為存在復制的冗余數據，并不能帶來節能效果。因此，上述兩種方法依然不是推薦的問題解決辦法。

3 結語

通過分析5G 非授權頻譜技術中占有帶寬OCB的規范要求，結合當前下行物理信道頻域資源分配原則，提出了基于物理資源塊顆粒度的隔行填充方法。該方法在滿足ETSI 的OCB 規范要求的同時，避免了其他5 GHz 的誤發射導致的沖突和干擾，同時也滿足了降低能耗的要求，達到了節能的目的，有助于5G 非授權頻譜技術的進一步發展。一旦將來3 區中國和2 區美國等定義了強制性的OCB規范，該方法也能夠方便快速地應用并滿足相應的要求，更好地支持非授權頻譜上多種技術的共存。